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大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計調(diào)研報告
調(diào)研報告
1.沖壓行業(yè)的來源和意義
沖壓行業(yè)是金屬成形加工行業(yè)中重要的分行業(yè)， 是機械制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)， 其發(fā)展程度反映一個國家的制造工藝技術(shù)的競爭力.經(jīng)過幾十年的發(fā)展, 我國的沖壓模具總量位居世界第三位, 加工技術(shù)裝備基本已與世界先進水平同步。幾乎所有的金屬都需要經(jīng)過加工成一定形狀后方能實現(xiàn)其應(yīng)用，而沖壓工藝是金屬成形加工中重要的成形工藝， 因此沖壓企業(yè)面對的客戶幾乎是所有需要中小型金屬零部件的企業(yè)。
自上世紀(jì)中葉汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，在美國、日本等許多發(fā)達(dá)國家以及像中國、印度等發(fā)展中國家，對冷沖壓加工生產(chǎn)的發(fā)展都給予高度的重視。可見沖壓生產(chǎn)的重要性。據(jù)近些年來的統(tǒng)計表明，在美、日、德等許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家對于在工業(yè)生產(chǎn)中占重要地位的機床工業(yè)的年生產(chǎn)量己經(jīng)被發(fā)展迅速的模具工業(yè)超出了6％-12%。冷沖壓模具的應(yīng)用范圍之廣，生產(chǎn)技術(shù)之高，應(yīng)用歷史之久是其它模具行業(yè)無法比擬的?，F(xiàn)今，在各模具行業(yè)中冷沖壓模具所占比例居于首位,大約60%的模具市場都被其占據(jù)。所以冷沖壓工藝對我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的作用非常大而且其發(fā)展前景也非常廣闊"。
近年來，中國因逐漸成為了世界制造業(yè)中心和消費大國而備受關(guān)注，特別是汽車、通信電子和家用電器等行業(yè)的快速發(fā)展，使得金屬沖壓、等零部件的需求迅速增長，不少跨國企業(yè)在將整機的制造轉(zhuǎn)移至中國的同時，也將配套工廠轉(zhuǎn)移至中國，對華配件的采購量也逐年快速增加，帶動了國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。在這種背景下，作為制造業(yè)基礎(chǔ)行業(yè)之一的中國沖壓行業(yè)也獲得了快速的發(fā)展。
目前全國沖壓行業(yè)約有4萬家生產(chǎn)企業(yè)，200萬從業(yè)人員，年生產(chǎn)2800萬噸沖壓件，總銷售達(dá)4000億元，年消耗3毫米以下薄鋼板材4000多萬噸，采購沖壓模具費400億元，新購沖壓裝備費200億元.
2.沖壓模具的基本概況
(1)沖壓指的是借助外力的幫助，讓原始材料改變其原有外形的過程，經(jīng)過對外形、尺寸和功能的加工，獲得企業(yè)所需要的各種零部件沖壓的原始材料包括帶材和板材。在沖壓的工序之中有許多步驟是需要模具來完成的，包括沖切、沖孔和彎曲等對于那些比較復(fù)雜難做的沖壓零部件來說，就需要增加模具的數(shù)量如果想要大批量的生產(chǎn)，就不能使用那些只是簡單組合成的模具，這樣會降低生產(chǎn)率。
（2)沖壓在其生產(chǎn)的過程中具有較多的優(yōu)勢:降低了生產(chǎn)成本、制作效果較好以及經(jīng)濟效益很好沖壓對其原始材料的利用率很高，在沖壓的生產(chǎn)過程中基本上沒有產(chǎn)生較多的問題，并且通過沖壓所做出的零部件在精確度和尺寸等方面都比較準(zhǔn)確，基本上可以滿足企業(yè)所要求的標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)的內(nèi)部組織得到了一系列的改變，提高了機械性的功能，促使沖壓在其外形上也發(fā)生了一些改變。
(3)沖壓在其設(shè)計之后，所生產(chǎn)的零部件都具有剛度較好和質(zhì)量較輕的特點，這些零部件在我國的汽車行業(yè)和摩托車行業(yè)具有較深的影響，并且正在向空調(diào)行業(yè)、冰箱行業(yè)和電梯行業(yè)邁進在今后的經(jīng)濟時代，沖壓行業(yè)將會快速的發(fā)展，沖壓模具的設(shè)計也會不斷的變革，達(dá)到高效率的效果。[1]
沖壓生產(chǎn)中，彎曲是最常用的也是應(yīng)用最多的沖壓工序。就彎曲而言，有簡單形狀彎曲與復(fù)雜形狀彎曲之分。對形狀較為簡單的彎曲件，如V型、U型、Z型等零件，可以一次彎曲成形。對于形狀復(fù)雜的彎曲件，如圓形、方形、長圓形、葫蘆形等，一般需要兩次或多次彎曲，方能成形。復(fù)雜件分步多次彎曲，固然模具結(jié)構(gòu)簡單，但工序多，因而需要模具數(shù)量也多，機床多，人員多，且加工中工件多次定位，不僅操作麻煩，更重要的是質(zhì)量與效率難以保證。因此對于批量較大的沖壓件現(xiàn)在提倡一模成形。對較小的復(fù)雜形狀的工件，例如電器元件多采用級進模一模成形；對于較大的復(fù)雜形狀的工件，常采用復(fù)合模一模成形；而對于更為復(fù)雜的工件，還可以用級進式復(fù)合模一模成形。[2]
3.彎曲件的類型與彎曲模結(jié)構(gòu)型式
從彎曲件形狀特征及其彎曲成形的方式、所用彎曲模結(jié)構(gòu)特點等方面考慮, 可以概括歸納成兩大類:第一類即開式彎曲件; 第二類是閉式彎曲件。彎曲件的兩邊構(gòu)成敝開式大開口, 底角處小, 開口處大, 就是通常所說的開口彎曲件, 即開式彎曲件。諸如: V 形、L形以及其他的等均屬于開式彎曲件; 相反, 如果彎曲件的兩邊閉合、趨向于閉合或雖無閉合而留有開口, 但開口距離小于彎曲件任意部位寬度、形成瓶頸形、凸肚形、倒截錐形的彎曲件,諸如: 圓形、球缺形、管夾形、凸形等, 就是通常所說的閉口彎曲件, 通稱閉式彎曲件。
上述兩種彎曲件往往采用兩種完全不同的彎曲成形方法: 開式彎曲件是靠凸模與凹模匹配的彎曲模腔, 只用凸模與凹?？繘_壓壓彎毛坯成形。模具結(jié)構(gòu)相對比較簡單, 只有敝開的凸模與凹模, 靠凹模下部的頂件器頂件出模; 閉式彎曲件通常采用有彎芯彎曲成形, 要有沖壓方向壓力與水平( 橫向) 方向彎曲力組合施壓進行多向彎曲, 才能成形。完成的工件都包在彎芯或起彎芯作用的凸模上, 必須用手或?qū)Ｓ霉ぞ咝都Ｉ鲜鰞煞N不同的彎曲成形工藝, 所用的彎曲模結(jié)構(gòu)則完全不同, 見圖 0 所示。[3]
圖0 不同彎曲件所用的彎曲模結(jié)構(gòu)型式
注: 上半部為開式彎曲件常用彎曲模結(jié)構(gòu)型式; 下半部為閉式彎曲件常用結(jié)構(gòu)型式
4.基于Pro/E和CAD環(huán)境下的沖壓工藝
模具是現(xiàn)代制造業(yè)的重要工藝裝備。因為模具零件具有較強的特殊性及復(fù)雜性，其加工精度較高、性能優(yōu)異，加上難度較大、單件及小批量生產(chǎn)，導(dǎo)致工序不集中，需要對其裝配進行調(diào)整。通常情況下，模具的主要加工零件是組配零件，大多數(shù)為非標(biāo)準(zhǔn)的零件，通過組合加工方法得到較高的配合精度。[4]
沖壓模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的零件種類繁多。在沖壓模的設(shè)計過程中除了考慮其可加工性與裝配問題外，還要預(yù)測模具與條料運動時可能產(chǎn)生的各種干涉情況，這就使得三維實體CAD系統(tǒng)在沖壓模具設(shè)計中顯得尤為重要。此外，采用標(biāo)準(zhǔn)件能給產(chǎn)品的設(shè)計、制造、裝配帶來很大的方便。因此有必要結(jié)合企業(yè)自身的實際情況，在通用CAD軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)專用的沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件庫，這樣設(shè)計人員便能從標(biāo)準(zhǔn)件庫中獲得滿足設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn)件，從而可大大減少重復(fù)勞動，提高設(shè)計效率，縮短新產(chǎn)品的研制周期. [5]
從沖壓行業(yè)角度來看，由于現(xiàn)代化零部件的設(shè)計越來越復(fù)雜，所以連續(xù)的沖壓技術(shù)即將成為重要領(lǐng)域連續(xù)模是指經(jīng)過一種模具在兩個或兩個以上的工位上來完成許多種工序的過程它具有相對比較容易、模具使用時間更長、更加容易形成自動化及存在生產(chǎn)效率較高的特點通過連續(xù)模的沖壓工序可以得到一些完整的零部件和半成品盡管會出現(xiàn)許多個沖壓工序，但是也是可以利用一些連續(xù)模來沖壓完成這些零部件。
由于計算機信息技術(shù)的逐漸發(fā)展，使Pro/E軟件能夠?qū)Χ鄠€科技領(lǐng)域產(chǎn)生積極的影響Pro/E軟件具有很多優(yōu)勢:降低了制圖工作人員的工作數(shù)量，提高了設(shè)計水平和效果，且可以精確的分析模型、分析運動和干涉檢測等利用Pro/E軟件設(shè)計的沖壓模具，可以使零部件在設(shè)計、加工和配置等方面更加標(biāo)準(zhǔn)，降低了生產(chǎn)成本、縮短了設(shè)計時間，提高了生產(chǎn)效率。[6]
沖壓模具按工藝性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉伸模、成形模等，無論何種模具，基本上都需要上、下模體、導(dǎo)向裝置、壓料裝置、定位裝置等，因此按照創(chuàng)成設(shè)計思想，設(shè)計了集沖壓模具零部件設(shè)計、沖壓模具加工仿真、沖壓模具工作仿真為一體的沖壓模具CAD系統(tǒng)，如圖1所示。利用本系統(tǒng)的參數(shù)化、三維化特點，設(shè)計者可輕易實現(xiàn)零部件設(shè)計、加工設(shè)計等同時進行，加快模具設(shè)計過程，縮短設(shè)計、制造周期，增強新產(chǎn)品開發(fā)能力，增強市場競爭力。
模具零部件設(shè)計系統(tǒng)：用戶根據(jù)需求，可檢索和選用現(xiàn)有的沖壓模具設(shè)備，或具有典型功能的標(biāo)準(zhǔn)部件或常用件，同時允許利用三維技術(shù)對所需的模具元部件進行創(chuàng)成或全新設(shè)計。為適應(yīng)我國現(xiàn)行的制造手段，還可利用Pro /E軟件關(guān)聯(lián)設(shè)計的優(yōu)勢，隨時由3D模型產(chǎn)生符合國標(biāo)的2D工程圖，無論在3D或2D圖形上做尺寸修改，其相關(guān)的3D實體模型或2D圖形均自動修改，這樣可確保設(shè)計數(shù)據(jù)的正確性，避免發(fā)生人工改圖的疏漏，使設(shè)計質(zhì)量極大提高。
沖壓模具加工仿真：設(shè)計者可利用Pro /E軟件強大的造型、NC加工等功能，完成典型模具中所需零件的加工模擬，確定其加工工藝。并利用其生成的真實幾何形狀，進行精確的模型分析、曲線分析、曲面分析，如干涉檢查、間隙檢查、重心計算等，減少試模次數(shù)，簡化壓力中心等的計算，從而降低設(shè)計及制造成本。
沖壓模具工作仿真：利用沖壓模具工作仿真系統(tǒng)，設(shè)計者可以對模具工作過程進行模擬，從而對模具制造的可行性進行分析和研究。[7]
4.1 基于模塊化的沖壓模具設(shè)計過程
如圖2所示,對于基于模塊化的沖壓模具設(shè)計過程一般可粗分為設(shè)計需求獲取、模塊化產(chǎn)品方案設(shè)計階段及基于CBR的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計階段。
圖2基于模塊化的沖壓模具設(shè)計過程
(1)設(shè)計需求獲取。設(shè)計人員通過人機交互界面把設(shè)計要求、設(shè)計條件等設(shè)計原始信息輸入到系統(tǒng)中,建立沖壓模具的設(shè)計任務(wù)。
(2)模塊化產(chǎn)品方案設(shè)計。通過對設(shè)計任務(wù)書中設(shè)計要求的分析和研究,明確沖壓模具應(yīng)具有的功能,確定產(chǎn)品的功能參數(shù),以模塊為單位提出沖壓模具的功能設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)方案。因此,方案設(shè)計階段又可細(xì)分為功能設(shè)計階段及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段。
1)功能設(shè)計。其主要任務(wù)是根據(jù)用戶的需求,定義沖壓模具的基本功能集及各功能之間的關(guān)系、主要技術(shù)參數(shù)、主要約束關(guān)系等。
2)模塊方案設(shè)計。在功能設(shè)計的基礎(chǔ)上,經(jīng)過功能-結(jié)構(gòu)映射,提供實現(xiàn)功能的具體模塊結(jié)構(gòu)方案,再通過模塊組合得到?jīng)_壓模具的總體結(jié)構(gòu)方案,此時產(chǎn)品已初具雛形,但仍未完全實現(xiàn)。
(3)基于CBR的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計?；贑BR的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計就是針對具體的設(shè)計參數(shù),在方案設(shè)計的基礎(chǔ)上對組成產(chǎn)品的各個模塊中的零部件進行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計,并最終組合成產(chǎn)品,是產(chǎn)品最終的實現(xiàn)。由于在產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計過程中,可利用產(chǎn)品族中實現(xiàn)相同或相似方案的產(chǎn)品或零部件實例實現(xiàn)產(chǎn)品的快速定制,因此在詳細(xì)設(shè)計中可應(yīng)用CBR技術(shù)實現(xiàn)基于知識的產(chǎn)品快速設(shè)計。[8]
5.模具維護的內(nèi)容
5.1 日常維護
正常的模具清掃、 點檢及對可動部分給油等工作，目的是確認(rèn)模具處于正常狀態(tài)，同時經(jīng)常進行此工作也能在早期發(fā)現(xiàn)異常。
5.2 定期維護
模具磨耗存在于每一個模具上， 而模具的定期維護就是在模具出現(xiàn)異常磨耗時實施的維護。 這個時期的沖壓加工數(shù)是很容易掌握的， 只要模具達(dá)到了規(guī)定的加工數(shù)，就可以進行維護，所以定期維護也是計劃性維護。
5.3 改良維護
改良維護是一種特殊維護， 它可以穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量，延長模具的使用周期。
5.4 模具使用后的熱處理
新模具生產(chǎn) 2000 模以后， 可以進行低溫長時效處理，將模具鑲塊加熱到 320～350℃，保持 2.5～3.5 h, 最好采用真空爐。
5.5 事故維修
事故維護是所有模具維護中內(nèi)容最多的一項，通常是在模具使用到將近極限時才進行， 若模具維護的時間花費較多，則模具的壽命也就較長。 此外，由于事故維護是突發(fā)性的維護， 因此一定會有預(yù)計之外的設(shè)備停止和緊急維護作業(yè)。[9]
提高模具的壽命，在模具使用時應(yīng)做到：嚴(yán)格控制凸模進入凹模的深度，以減少磨損；提前修模，預(yù)防磨損溝痕導(dǎo)致的裂紋，避免因磨損而導(dǎo)致凸、凹模間隙不均產(chǎn)生的附加彎矩；模具使用后若表面粗糙度變差，要及時修磨拋光；模具存放時，上、下模應(yīng)保持一定空隙，以保護刃口等。[10]
模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量，同樣也是重要的發(fā)展趨勢。
這方面的研究工作十分活躍，張學(xué)良在數(shù)控銑床上研究了利用直流電進行磁性拋光的情況，精銑加工后表面粗糙度 1.0μm的試樣只需研拋 3.2min，可獲得表面粗糙度為 0.1μm的高質(zhì)量表面，顯示了高精度、高效率和高可靠性。日本岡山大學(xué)的宇野義幸[11]等人，采用直徑達(dá) 60mm的大面積脈沖電子束，研究了能量密度、照射次數(shù)、粗加工質(zhì)量等因素對模具精整加工質(zhì)量的影響，得出“大面積脈沖電子束照射有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)精整拋光”的可喜結(jié)論。
6.模具維護管理對彎曲件質(zhì)量的影響
1）加強模具維護、保養(yǎng)工作,納入績效考核指標(biāo)為建立完整的模具檔案（原始設(shè)計資料、試模報告、存在問題、使用狀況、維護保養(yǎng)紀(jì)錄）、維修日報表匯總、維修效率統(tǒng)計分析，提供每月維修工作改善計劃。按計劃對模具實施定期清洗清潔、潤滑、易損零件檢查等項目,保證模具的精度和有效性。對模具主要成形零部件進行表面強化，以提高模具零件表面耐磨性，從而更好地提高模具質(zhì)量。對大批量生產(chǎn)的折彎成形塊可采用鍍鉻、鍍鈦、滲硫處理，提高其耐磨性，以減少摩擦引起的產(chǎn)品表面劃傷。
2）加強模具零備件管理工作,及時補充易損易耗件；加強現(xiàn)場6S管理工作督導(dǎo),納入績效考核指標(biāo)為模具表面生銹，維修工具、精密數(shù)顯卡尺任意混放,用后沒有及時歸位，鉗工工具容易臟污、變形,產(chǎn)品容易臟污、壓印、變形影響現(xiàn)場6S秩序等現(xiàn)象，都會嚴(yán)重影響模具精度和使用壽命，所以，應(yīng)該加強相應(yīng)的各項工作。[12]
7.沖壓模具制造技術(shù)現(xiàn)狀
在國家產(chǎn)業(yè)政策的引領(lǐng)與支持下,經(jīng)過前輩們的不斷努力創(chuàng)辦下,目前我國在設(shè)計與制造沖壓模具方面取得了較好的成果。近幾年,模具工業(yè)增長速度達(dá)到了巧%左右,其中模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也伴隨著巨大的變化。
近年許多模具企業(yè)對技術(shù)進步的投資明顯加大了力度,并視技術(shù)進步為企業(yè)發(fā)展的主要推動力。部分國內(nèi)模具企業(yè)對二維CAD大力普及,同時開始使用Pro/E、PDX、UGNX等國際通用軟件。由于相關(guān)機構(gòu)與高校等多方面的努力,中國在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面榮獲了卓越的成果,不僅對模具質(zhì)量進行了改良,對模具設(shè)計的制造周期也有所縮減。例如:吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件、華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室研發(fā)的汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件。
我國模具工業(yè)目前雖取得了顯著的進步,但值得深思的是許多方面較其他發(fā)達(dá)國家還有些不足,需要及時解決。較國外的模具制造而言,我國模具制造存在以下幾點的不足:
(l)模具使用覆蓋率和標(biāo)準(zhǔn)化程度低,雖然汽車模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率從,20世紀(jì)末的25%一30%上升到巧%左右,但是離國際70%一80%的水準(zhǔn)還是有非常大的提升空間。
(2)缺少大型、復(fù)雜、長壽命模具對需求模具量龐大的現(xiàn)代工業(yè)的更新?lián)Q代進行了制約。在我國,許多模具廠的加工設(shè)備不夠先進,其中精度弱、役期久、效率低等問題導(dǎo)致目前的生產(chǎn)能力對需求量的供應(yīng)只有60%左右。
(3)模具壽命短、材料利用率低國外。通過分析統(tǒng)計大量的失效模具,可知引起模具失效有以下幾個原因;由熱處理操作失誤占據(jù)25%,因模具結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、選材偏差占據(jù)25%,由于使用條件等因素占據(jù)了20%,因加工工藝因素占據(jù)了10%。
(4)在對模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的開發(fā)方面有待提高、技術(shù)的普及率低,只有僅僅在約10%的模具的設(shè)計中運用了CAD技術(shù),要想達(dá)到全面熟練運用此類新開發(fā)技術(shù)還得經(jīng)過長期的摸索;由于對工藝設(shè)備方面和先進適用的制造裝備的缺乏,只有5%左右的模具制造設(shè)備采用了CAM技術(shù). [13]
8.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
模具被稱為“工業(yè)之母”，孕育和支撐著各工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新和大規(guī)模生產(chǎn)；模具又是生產(chǎn)工具，“工欲善其事，必先利其器”，具有很高的專業(yè)技術(shù)特性和很高的使用生產(chǎn)效率；因此，模具及其行業(yè)的科技水平?jīng)Q定一個國家或地區(qū)甚至世界的生產(chǎn)力水平。
模具按材料和成型特點不同分為沖壓模具、注塑模具、鑄造模具、壓鑄模具和粉末冶金模具等種類，其中沖壓模具數(shù)量約占50%，銷售額約占37%。
據(jù)中國模具工業(yè)年鑒，2011年中國模具行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)銷售額1,240億元，比上年增長10.7%，其中沖壓模具約占37%即458.8億元；沖壓模具生產(chǎn)數(shù)量約1,050萬套，消耗模具鋼材約172萬噸。
現(xiàn)階段中國模具行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模已位列世界第三，約占全球的20%，僅次于日、美。因此，在中國及全球提倡可持續(xù)發(fā)展的大趨勢下，模具行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將變得愈發(fā)重要。[14]
中國沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀改革開放帶了我國的經(jīng)濟進入高速發(fā)展的時期，模具的市場的需求量也進一步的增加。模具行業(yè)也一直以15%左右的增速再發(fā)展。因此帶來的模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分的巨大變化，一些國有專業(yè)模具廠也如雨后春筍般的建立起來，同時也帶來了以集體、獨資、私營和合資等形式的快速發(fā)展。 賦有“模具之鄉(xiāng)”的浙江寧波和黃巖地區(qū)是現(xiàn)今我國規(guī)模最大的兩個地方；廣東地區(qū)也漸漸掀起了開建模具廠的浪潮；其中科龍、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資或是外商獨資形式的模具企業(yè)現(xiàn)也有幾千家。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進口.
當(dāng)前中國經(jīng)濟增長減速，企業(yè)效益明顯下滑，壓力巨大。據(jù)中國鍛壓協(xié)會行業(yè)研究室對鍛造、沖壓和鈑金零部件骨干企業(yè)的抽樣調(diào)研顯示，2012年上半年，大約有20%的企業(yè)效益與去年同期略有增長，30%盈虧平衡，50%的企業(yè)處于虧損狀態(tài)。
企業(yè)當(dāng)前遇到的主要問題有：企業(yè)稅負(fù)較重、人民幣升值出口效益大幅度下降，不但出口艱難，也帶來了國外同行在國內(nèi)市場的激烈競爭、人員流失與招工困難并存，企業(yè)知識積累體系欠缺；市場低端重復(fù)投資嚴(yán)重，中低檔次市場惡性競爭嚴(yán)重，企業(yè)利潤下滑厲害等等。
我國沖壓模具產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝水平,總體上比國際先進水平低許多,而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。產(chǎn)品質(zhì)量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上;生產(chǎn)工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝、加工裝備等方面。
沖壓模具加工工藝和裝備對提高加工效率、確保模具精度、縮短交貨周期有重要影響。過去的中國沖壓模具行業(yè),車、刨、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)普通機床和電火花線切割機床,曾經(jīng)在絕大多數(shù)沖壓模具企業(yè)使用,進口的數(shù)控龍門仿形銑床由于沒有采用CAD /CAM技術(shù),也只能當(dāng)作靠模仿形銑床使用,采用這些裝備加工沖壓模具時,通常需要對模具零件反復(fù)裝夾和定位,因而加工生產(chǎn)效率低、模具產(chǎn)品質(zhì)量差。
在2002年12月德國法蘭克福舉辦的EuroMold展會上的1493個參展廠商中,約有30%是機床和刀具廠商,展出高速加工機床的最高轉(zhuǎn)速在25 000~30 000r/min之間,這是對傳統(tǒng)切削加工的非常顯著的變革,體現(xiàn)了模具加工技術(shù)裝備高速化、集成化趨勢。
高速加工并不以犧牲加工精度和加工質(zhì)量為代價,當(dāng)今高速加工裝備普遍可以達(dá)到機床精度不大于1Lm、表面粗糙度不高于0. 1Lm的水平,是一種高水平的高速加工技術(shù)。德國RoederTEC高速加工機床主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)42 000r/min,定位精度和重復(fù)定位精度分別達(dá)到了0. 005mm和0.002mm的很高水平。
連通常被認(rèn)為效率低下的電火花機床的加工速度也在不斷提高。電火花銑削加工技術(shù)是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù),它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑削一樣),因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極,這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已經(jīng)將這種高新技術(shù)機床應(yīng)用到模具加工中,如CDM Rovella公司開發(fā)的高速電火花機床,與傳統(tǒng)電火花機床相比可提高加工效率20% ~70%,同樣加工一個深81mm的孔,前者所需工時僅為后者的38. 5%。
國外的模具制造企業(yè),廣泛使用先進的高精度、高速度、專業(yè)化加工裝備,如日本豐田汽車模具公司擁有構(gòu)造面加工數(shù)控銑床39臺套、型面加工高速五軸五面銑床15臺套、其它新型一體化專門加工設(shè)備6臺套。加工工藝方法包括等高線加工、最大長度順向走刀加工等,精加工走刀移行密度僅有0. 3mm。同時,可以實現(xiàn)內(nèi)凹圓角清根、外凸圓角加工到位等,因而可以控制模具配合的不等距間隙、最大可能的縮小型面誤差,實現(xiàn)模面的精細(xì)加工。
國內(nèi)的許多模具企業(yè)通過引進先進的加工裝備,硬件上與國際水平的差距正在快速縮小:上海的汽車模具企業(yè),近年來通過大量購置先進的五軸高速加工機床、大型龍門加工中心和五軸聯(lián)動數(shù)控高速銑床、數(shù)控車或復(fù)合加工機床、先進的大型測量和調(diào)試設(shè)備及多軸數(shù)控激光切割機等。一汽模具公司已經(jīng)擁有Rambaudi五軸高速數(shù)控銑床等大型高速加工設(shè)備;東風(fēng)汽車模具公司擁有高速數(shù)控銑床、五軸數(shù)控銑床、龍門數(shù)控雕刻機床、激光切割機床等各種先進、大型機床22臺套。浙江黃巖的模具制造企業(yè), 2005年擁有數(shù)控設(shè)備3809臺,數(shù)控化率達(dá)到了63% (1997年數(shù)控化率僅為13% );其中數(shù)控加工中心917臺(1997年只有27臺)。黃巖地區(qū)近幾年陸續(xù)引進的設(shè)備幾乎都是先進的設(shè)備,主要來自歐美和日本的專業(yè)、先進的設(shè)備制造商。近兩年內(nèi),國內(nèi)汽車模具企業(yè)龍門數(shù)控機床擁有量翻了不止一番,新增的龍門數(shù)控機床中,加工中心和高速銑床占了很大比重。目前,資產(chǎn)過億、擁有龍門加工中心10臺以上的大型汽車模具企業(yè)已經(jīng)達(dá)到10多家。外國人都驚呼:怎么兩年之間中國大陸的汽車模具企業(yè)規(guī)模、數(shù)量和制造能力會有如此大的變化。[15]
當(dāng)前，工業(yè)的生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)正在迅速的發(fā)展，多數(shù)的新工藝、新技術(shù)、新材料正在不斷的涌現(xiàn)著，從而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。沖壓模具是在常溫下，利用沖壓設(shè)備對金屬和非金屬材料完成沖裁分享或變形作業(yè)，從而最終獲得所需零件或工序產(chǎn)品的模具。沖壓模具以生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)童穩(wěn)定、互換性好、材料利用率高、適應(yīng)范圍廣、操作簡單等特點，而廣受生產(chǎn)企業(yè)的歡迎，現(xiàn)已成為機械加工行業(yè)不可缺少的重要成形加工手段。[16]
總之,具有更大靈活性或柔性的沖壓技術(shù)和設(shè)備將適應(yīng)小批量、多品種、混流生產(chǎn)模式以及市場多樣化、個性化需求的發(fā)展趨勢,加強企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的需要，以智能模具為代表產(chǎn)品之一的高端裝備制造業(yè)及助力模具企業(yè)生產(chǎn)的企業(yè),將有力支撐中國高端裝備零件制造等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著我國模具行業(yè)的不斷發(fā)展,對于模具產(chǎn)品的需求與要求也在逐步提高,而這樣的提高帶來的是對行業(yè)技術(shù)提升更大動力。[17]
9.沖壓工藝存在的問題
1、模具問題
沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益的。
2、安全問題
沖壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現(xiàn)在沖壓加工時產(chǎn)生的噪音和振動兩種公害，而且操作者的安全事故時有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操作造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，隨著機電一體化技術(shù)的進步，這些問題一定會盡快而完善的得到解決。
3、高強度鋼沖壓
當(dāng)今高強鋼、超高強鋼很好的實現(xiàn)了車輛的輕量化，提高了車輛的碰撞強度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發(fā)展方向。但隨著板料強度的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無法滿足高強度鋼板的加工工藝要求。在無法滿足成型條件的情況下，目前國際上逐漸研究超高強度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)。該技術(shù)是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加，屈服強度降低的特點，通過模具進行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE分析技術(shù)進行深入研究，目前該技術(shù)被國外廠商壟斷，國內(nèi)發(fā)展緩慢。[18]
10.沖壓行業(yè)趨勢
從趨勢看，近年來，零部件企業(yè)受上下游擠壓嚴(yán)重，人力成本上升明顯，效率更高的機械壓力機、伺服驅(qū)動壓力機、多工位壓力機、連線的自動化生產(chǎn)線、復(fù)合模具在業(yè)內(nèi)使用量明顯增加。同時來自用戶行業(yè)的高要求，校平、潤滑、去毛刺、內(nèi)高壓成形、無模、多點成形、熱成形等特殊工藝和延伸服務(wù)的需求大大增加，未來沖壓和鈑金行業(yè)的多工位、自動化、柔性化、智能化水平需求大幅提升。
未來沖壓、鈑金行業(yè)的發(fā)展必須符合低碳、環(huán)保、節(jié)能節(jié)材的設(shè)計、生產(chǎn)和消費理念，生產(chǎn)必須向精密、高效發(fā)展，企業(yè)必須向?qū)I(yè)化、規(guī)?；⑷蚧l(fā)展。
另外，智能化也是未來行業(yè)發(fā)展的一個必然要求?！爸悄堋币馕吨焊叩纳a(chǎn)效率和產(chǎn)品精度、更穩(wěn)定的重復(fù)精度、更加柔性化的生產(chǎn)方式、較低的勞動強度、更快的市場響應(yīng)速度、更加全面的企業(yè)信息化系統(tǒng)等。
11.沖壓行業(yè)的未來
沖壓技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和未來趨勢
(1)突出"精、省和凈"
(2)沖壓成型更加"科學(xué)化、數(shù)字化和可控化"
(3)沖壓成型可以實現(xiàn)全過程控制
(4)產(chǎn)品從設(shè)計開始即進入控制，考慮工藝
(5)沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性
(6)復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用
未來發(fā)展：
(1)電子技術(shù)從設(shè)計走向商務(wù)，電子商務(wù)帶來了買方拍賣，加大了行業(yè)的競爭難度。
(2)立志參與市場競爭的企業(yè)，必須發(fā)展產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)。
(3)沖壓部件廠將參與主機廠主機的設(shè)計，功能化供貨。
(4)人才是企業(yè)爭奪的焦點，人員再教育和網(wǎng)絡(luò)教育日常進行顯得越來越重要。
(5)沖壓件批量和成本的矛盾日益尖銳。全球平臺式生產(chǎn)會進入沖壓行業(yè)。
(6)供應(yīng)商-沖壓廠，沖壓廠-用戶之間的合作越來越重要，在整個工業(yè)中，沖壓與鍛造一樣是一個弱小行業(yè)，只有團結(jié)才能適應(yīng)變化。
(7)沖壓行業(yè)的投資將越來越大，而更新將越來越快。
(8)沖壓的關(guān)鍵在模具，沖壓模具的發(fā)展至關(guān)重要。
隨著勞動力成本劇增，熟練技工又越來越短缺，低效率生產(chǎn)的普通沖壓件的利潤越來越稀薄，應(yīng)用自動化、高效率、高穩(wěn)定的高速沖壓技術(shù)，生產(chǎn)更加精密、復(fù)雜的零件，從而獲得更大的附加值成為眾多企業(yè)的追求?，F(xiàn)代生活也為精密高速沖的市場提供了極大地發(fā)展空間，相信未來會有更多的企業(yè)關(guān)注精密高速沖生產(chǎn)。
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